Освоение целостности сигнала и проектирования печатных плат в высокоскоростных смешанных цифрово-аналоговых схемах

В процессе электронных систем, тактовая частота которых все больше возрастает, проблемы целостности сигнала постепенно проявляются, такие как неверная временная последовательность и неверное отражение линий передачи, сильно влияя на нормальную работу цепной системы. Более того, трассы на печатных платах становятся настолько компактными, что генерируется перекрестный шум, и передача сигналов получает плохой эффект. Для высокоскоростных смешанных цифрово-аналоговых схем, согласно практической ситуации работы сигналов, проектирование печатных плат должно быть разумно реализовано для решения проблем целостности сигнала, постоянного повышения качества передачи сигналов и предоставления важных информационных источников для развития различных отраслей и областей.

Целостность сигнала высокоскоростных смешанных цифрово-аналоговых схем

Целостность сигнала относится к качеству сигналов на сигнальных линиях. Для обеспечения целостности сигнала должны быть выполнены определенные требования, включая обеспечение пространственной целостности и соответствующие требования цепи. Например, требование низкого уровня должно быть выполнено для максимизированного входа. Плюс, временная целостность должна быть получена, и минимальное время удержания цепи должно быть оставлено.

• Элементы, влияющие на целостность сигнала цепи

1) Задержка

В общем, передача сигнала зависит от выводов на печатной плате, и задержка передачи может быть вызвана в процессе передачи. Как только задержка происходит на передаваемых сигналах, временная последовательность цепной системы будет влиять, что дальше влияет на целостность сигналов. Задержка передачи происходит из некоторых элементов, включая длину выводов и диэлектрическую постоянную соседней среды.

2) Отражение и перекрестный шум

Во время работы цепной системы, если на сигнальных сетях происходят проблемы со сквозными виа и изгибами, будет произведен шум отражения. И если электромагнитное сопряжение происходит между цепными сетями и системами распределения питания, будет сгенерирован перекрестный шум, так что сигналы будут мешаться с влиянием на передачу сигналов.

• Проблемы, подлежащие решению для целостности сигнала цепи

1) Распределение питания

В процессе проектирования печатных плат высокоскоростных смешанных цифрово-аналоговых схем, сеть распределения питания должна быть проанализирована от начала до конца. Она должна обеспечивать необходимую мощность цепи с низким шумом, содержащую VCC и заземление. Кроме того, она должна предлагать соответствующую сигнальную цепь с сигналами, которые генерируются и принимаются на печатной плате как ее главный объект.

2) Проблема перекрестных помех и применение ЭМС

Перекрестные помехи относятся к избыточному сигнальному сопряжению между трассами, со свойствами емкости и индуктивности. Емкостные перекрестные помехи — это емкостное сопряжение между сигнальными линиями, и как только разные линии подходят близко друг к другу, проблемы перекрестных помех будут генерироваться. Индуктивные перекрестные помехи — это сигнальное сопряжение между катушками избыточных трансформаторов, и проблемы перекрестных помех генерируются под действием тока контура. С помощью ЭМС (электромагнитной совместимости), все виды электрических устройств и систем могут существовать в среде электромагнитной. С некоторых перспектив, сигналы цепной системы не будут влиять в результате эффекта ЭМС, и доступные производительность и функция не будут разрушены, ведущие к массивному электромагнитному количеству в окружающей среде, что влияет на нормальную работу соседних устройств.

Проектирование печатных плат высокоскоростных смешанных цифрово-аналоговых схем

На основе полного понимания ЭМС, правила должны быть соблюдены. Во время проектирования печатных плат, площадь, захваченная током контура, должна быть как можно меньше, чтобы обеспечить, что сигналы цепи способны проходить гладко и можно избежать крупномасштабной контурной антенны. Кроме того, множественные опорные плоскости не могут быть применены в процессе проектирования, с избежанием формирования дипольной антенны в случае, если передача сигналов будет влиять.

• Компоновка и трассировка

Во время компоновки компонентов, аналоговая схема и цифровая схема должны быть изолированы друг от друга. Возьмем цифровые сигналы как пример, трассировка реализована внутри цифровой схемы. В результате, цифровые сигналы не войдут в область аналоговых сигналов в случае, если они будут мешать аналоговым сигналам и влиять на нормальную передачу сигналов. Ручная трассировка требуется, если трассы имеют относительно высокую частоту. Поэтому позиции, на которых размещаются входные и выходные разъемы, должны быть замечены, и трассировка аналоговой схемы и цифровой схемы должна быть хорошо обработана, чтобы избежать взаимного влияния. Сеть питания и заземления с низким импедансом должна быть применена, чтобы избежать относительно большой индуктивной реактивности, страдаемой выводами цифровой схемы, и емкостного сопряжения на аналоговых линиях. Более того, определенное расстояние должно быть взаимно поддержано, если цифровая схема имеет относительно высокую частоту и аналоговые линии имеют относительно сильную чувствительность.

• Линии питания и заземления

В процессе проектирования, линии заземления должны быть разумно трассированы и обработаны для повышения производительности цепи. При оптимизации проектирования высокоскоростных смешанных цифрово-аналоговых схем, метод должен быть полностью понят в терминах цепи обратно к заземлению. Если линии плоскости заземления нуждаются в разделении, трассировка с интервалом должна быть пересечена. Одн-точечное соединение требуется для соединения разделенного заземления и установки моста соединения. На основе оптимизации трассировки через мост соединения, прямой путь обратного тока цепи должен быть размещен под каждой сигнальной линией. Конечно, оптические изоляционные устройства могут быть применены для разделения сигнального интервала через поля. В процессе проектирования печатных плат, цифровая схема и аналоговая схема должны быть комплексно применены с вниманием на трассировку сигналов цепи для эффективного решения практических проблем. Результаты тестов высокоскоростных смешанных печатных плат должны быть полностью проанализированы для оптимизации схемы проектирования, и ЭМС должна быть гибко применена с разумно спроектированной печатной платой. Плюс, в терминах печатных плат смешанных сигналов, независимое цифровое и аналоговое питание должны быть получены, и поверхность питания должна быть контролирована с помощью разделенной поверхности питания.

• Обработка гибридных устройств

В общем, гибридные устройства все имеют кварцевый генератор, и внутренность устройств состоит из цифровой схемы и аналоговой схемы. В процессе проектирования, выводы DGND и AGND должны быть подключены к тому же низкому импедансу, и выводы должны быть как можно короче, чтобы обеспечить, что весь DGND способен проходить. Хотя цифровой ток внутри преобразователя войдет в плоскость аналогового заземления, относительно большие помехи не будут произведены к сигналам, и нормальная передача информации может быть обеспечена. На основе этого, выводы цифровой и аналоговой схемы должны быть подключены к плоскости аналогового питания и быть близки к обходному конденсатору.

Полезные ресурсы:
• Соображения компоновки смешанных сигналов
• 3 метода трассировки на проектировании высокоскоростных сигнальных цепей печатных плат
• Метод подавления отражения сигнала в компоновке высокоскоростных печатных плат
• Вызовы высокоскоростного проектирования печатных плат на целостности сигнала и их решения
• Полнофункциональный сервис производства печатных плат от PCBCart — множество ценностных опций
• Продвинутый сервис монтажа печатных плат от PCBCart — от 1 штуки